水温控制器设计.docx
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水温控制器设计
单片机原理及应用课程设计
专业:
自动化
设计题目:
水温控制器设计
班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
分院院长:
教研室主任:
电气工程学院
一、课程设计任务书
1.课程设计项目
水温控制器设计
2.设计内容
1)设计题目总体设计方案
2)硬件电路设计
3)C语言程序编制与调试
4)电路系统的综合调试
5)撰写课程设计论文
6)完成课程设计论文答辩
3.设计要求
使用热敏电阻作为温度传感器,用电加热棒作为热源,对一杯水进行恒温控制,用4位数码管显示被测温度,用4个键进行参数设定。
温度控制范围30℃~100℃。
精度误差小于0.5℃。
采用区间控制方式,用键盘设定温度的上、下限,当温度大于上限时,停止加热,当温度小于下限时开始加热。
4个功能键K1~K4的功能分配可以自行定义,也可参照如下方式定义。
K1—功能键,每按下一次,在前2位LED上显示要设定的功能。
K2—移位键,每按下一次向后移一位。
K3—加1键。
K4—减1键。
4、参考资料
[1]李广弟,朱月秀,王秀山编著.单片机基础.北京:
北京航空航天大学出版社,2001
[2]何立民编著.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京:
北京航空航天大学出版社,1999
[3]蔡美琴等编著.MCS-51单片机系统及应用.北京:
高等教育出版社.1992
5.设计进度(2011年6月13日至2011年6月24日)
时间
设计内容
第1-2天
查阅资料,方案比较、设计与论证,理论分析与计算
第3-5天
硬件电路调试
第6-8天
系统调试
第9-10天
书写报告、答辩
6.设计地点
新实验楼323微机实验室
二、评语及成绩
评分
项目
评分标准
量化
分数
1.理论分析计算能力
很强
较
强
一
般
较差
不
行
20
2.仿真设计能力
很强
较强
一般
较差
不
行
20
3.硬件设计能力
很强
较强
一般
较差
不
行
20
4.设计报告规范程度
规范
整洁
正确
杂乱
有错误
20
5.设计态度
积极主动
比较认
真
应
付
不认真
10
6.出勤情况
全勤
缺勤
次数
10
附加
评语
量化总分
成绩:
指导教师:
单片机原理及
应用课程设计
班级:
自动化
姓名:
学号:
指导教师:
撰写日期:
2012.6.13
目录
第一章课程设计内容与要求分析1
1.1课程设计要求1
1.2课程设计实验内容1
1.3硬件原理图2
1.4整体设计方案4
1.41芯片选择5
1.42温度检测5
1.43A/D转换电路5
1.44键盘输入6
1.45LED显示6
1.46控制电路6
1.47系统软件设计方案7
第二章控制系统程序设计8
2.1控制系统程序设计8
2.2继电器功能简介8
2.3数码管功能简介9
第三章硬件电路下载及调试10
3.1硬件操作如下10
课程设计心得体会13
参考文献14
附录15
第一章课程设计内容与要求分析
1.1课程设计要求
使用热敏电阻作为温度传感器,用电加热棒作为热源,对一杯水进行恒温控制,用4位数码管显示被测温度,用4个键进行参数设定。
温度控制范围30℃—100℃。
精度误差小于0.5℃。
采用区间控制方式,用键盘设定温度的上下限,当温度大于上限时,停止加热,当温度小于下限时开始加热。
3个功能键K2—K4的功能分配可以自行定义,也可参照如下方式定义。
K2—功能键,每按下一次,在前2位LED上显示要设定的功能。
K3—移位键,每按下一次,向后移一位。
K4—加1键。
1.2课程设计实验内容
本题目使用5KNTC型热敏电阻作为温度传感器,5K是热敏电阻在25摄氏度时的阻值,NTC是NegativeTemperatureCoefficient的缩写,意思是负的温度系数,泛指温度系数很大的半导体材料或元器件,所谓NTC温度传感器就是负温度系数温度传感器。
部分热敏电阻阻温特性见表1-1。
表1-1
1.3硬件原理图
加热控制电路原理图
图1-1
图1-2
采用STC12C56010AD单片机,STC12C5619AD采用MCS-51的内核,指令和MCS-51完全兼容,内部集成8路10位A/D转换器,采用28脚封装形式。
本设计用P1.0(A/D0通道)做温度检测。
用P1.3做控制输出,控制输出采用继电器控制方式,当继电器动作加热器开始加热。
显示电路如图1-2所示,也是用74LS164做并行输出扩展,74LS164的CLK接P3.1(TXD),数据输入端接P3.0(RXD)。
P1.4—P1.7作选位。
键盘电路如图1-3所示,P3.7—K2,P2.7—K3,P2.6—K2。
图1-3
图1-4
1.4整体设计方案
单片机应用系统的硬件电路设计就是为本单片机温控系统选择合适的、最优的系统配
置,即按照系统功能要求配置外围设备,如键盘、显示器、打印机、A/D转换器、设计合适的接口电路等。
系统设计应本着以下原则:
尽可能选择典型电路,并符合单片机常规用法。
本设计采用了典型的显示电路、A/D转化电路,为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。
硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。
软件能实现的功能尽可能由软件实现,以简化硬件结构。
由软件实现的硬件功能,一般响应时间比硬件实现长,且占用CPU时间。
由于本设计的响应时间要求不高,所以有一些功能可以用软件编程实现,如键盘的去抖动问题。
系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。
系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。
本系统的硬件电路主要包括模拟部分和数字部分,从功能模块上来分有主机电路、数据采集电路、键盘显示电路、控制执行电路。
系统硬件包括:
温度传感器、信号调理电路、A/D转换器件、MCS-51单片机、键盘输入、LED温度显示器、温度控制电路。
1.41芯片选择
单片机就是在一块硅片上集成了微处理器、存储器和各种输入输出接口电路的微型计算机,简称单片机。
单片机以其较高的性能价格比受到了人们的重视和关注。
它的优点就是体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。
单片机根据其基本操作处理的位数可分为4、8、16、32位单片机,应用最为广泛的是八位单片机。
根据本次设计的实际情况和要求,在本次设计中采用AT89C51作为系统的控制芯片。
AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有4K的系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
1.42温度检测
本课题设计的温度控制范围为25-80摄氏度,温度传感器采用采用AD590半导体集成温度传感器。
A/D590具有较高的精度和重复性,不需辅助电源,线性好,使用方便,便于微机系统测控。
被测温度信号为一路由AD590测得的代表温度的电压信号,经温度调理电路放大后使其在0-5V范围内,使其适合于A/D转换器的输入电压范围。
1.43A/D转换电路
A/D转换电路的种类很多,例如,计数比较型、逐次逼近型、双积分型等等。
选择A/D转换器件主要从转换速度、精度和价格上考虑。
逐次逼近型A/D转换器,在精度、速度和价格上都比较适中,是最常用的A/D转换器。
双积分A/D转换器,具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点,但转换速度慢。
近年来在微机应用领域中也得到了广泛的应用。
本次设计采用八路模拟输入通道的逐次逼近型的八位A/D转换器ADC0809。
采用ADC0809作为与单片机的接口电路,它的结构比较简单,转换速度较高。
采用ADC0809作为A/D转换器具有与单片机连接简单的优点,它是八位的转换器可以与八位的单片机直接连接,这样就简化了系统的连接电路也有利于系统软件的编写。
1.44键盘输入
键盘可分为编码式键盘和非编码式键盘,键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现,并产生键编号和键值的称为编码式键盘;靠软件识别的为非编码式键盘。
在单片机组成的测控系统中,用得最多的是非编码键盘。
在这里采用的就是非编码式键盘。
键盘的连接方式采用独立连接式,这种连接方式能够简化程序的编写。
1.45LED显示
在单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器(LED)和液晶显示器(LCD)。
采用LED作为系统的数据显示器具有价格低、性能稳定和响应速度快等特点。
LED显示方式有静态显示、动态显示和串口显示。
为了节省系统本身的硬件资源,在这里LED的显示方式采用串行静态显示方式。
利用串口可以工作在移位寄存器方式,驱动LED静态显示。
这样就可以充分的利用并行口,并将并行口用到最需要的地方去,同时主程序不需要扫描显示器,使
它有更多的时间处理其他事情。
这种显示方法用于显示位数少、显示亮度大的地方能够达到很好的显示效果。
1.46控制电路
控制电路作为单片机系统的后向通道,他是将单片机处理后的数字控制信号用输出口输出,并将该数字信号用于对控制对象的控制。
由于单片机的输出信号电平很低,无法直接驱动外围设备进行工作,因此在单片机的后向通道中需要外围设备的驱动、信号电平的转换以及隔离放大等技术。
本次设计采用继电器作为控制电路的主要器件,通过继电器可以实现直流信号控制交流负载的功能,从而实现单片机系统的控制功能。
1.47系统软件设计方案
系统的软件设计采用模块化设计,采用模块化设计可以简化系统软件的编写,使软件编写思路更加简单明了。
系统软件主要由三大模块组成:
主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。
主程序模块用于实现各个子程序间的跳转。
功能实现模块主要由A/D转换子程序、键盘处理子程序、显示子程序、继电器控制程序等部分组成。
运算控制模块涉及标度转换子程序等。
第二章控制系统程序设计
2.1控制系统程序设计
主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值,温度测量每1s进行一次。
这样可以在一秒之内测量一次被测温度,其程序流程见图3所示。
读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。
温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令,当采用12位分辨率时转换时间约为750ms,在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算,并进行温度值正负的判定。
显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作,当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。
时钟显示子程序
2.2继电器功能简介
继电器是一种电控制器件。
它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时,继电器所控制的输出电路导通或断开。
输入量可分为电气量(如电流、
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- 水温 控制器 设计